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      電力系統自動化教學創新思考

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      電力系統自動化教學創新思考

      一、“電力系統自動化教學中存在的問題

      1.課程理論性與實踐性并存

      不同于“電力系統分析”等純理論課程的學習,“電力系統自動化”課程以自動化技術在電力系統中的應用為學習內容,是控制系統理論在電力系統中的具體運用,因此是電氣工程學科一門少有的基礎理論與實際應用緊密結合的課程。學生們比較習慣理論課程的學習方式,較難理解其中的實際應用環節,對具體的電力系統設備很難有直觀印象,對實際物理模型主要靠憑空想象,因此課程教學中,學生感覺內容空洞,理解困難,而教師在課堂教學中也無法以實物展示或者帶領學生進行實地考察,對教學過程中涉及到的具體電力系統設備也難以解釋清楚。從課堂教學的實際效果看,在教學過程中,一些系統實物照片就能引起學生很強的好奇心和求知欲,他們很想從課程中獲得更多針對電力系統自動化設備的內容,但受制于實際情況,很難獲得滿意效果。

      2.課程涉及知識面廣,綜合知識的運用能力要求高

      該課程學習的前提是在對電氣工程學科各主要主干課程良好掌握,開設在本科生第七學期,課程學習的特點是對本科階段所學各課程知識的綜合運用,如電力系統頻率和有功功率控制環節,就涉及到自動控制原理在電力系統控制中的應用,還要涉及到PID調節器等“模擬和數字電子技術”的電路實現,“電機學”中同步發電機組轉子運動方程,“電力電子技術”中的整流、功率放大電路等。由于課程時間所限,教師不可能對基礎知識再花大量時間進行復習,對有些基礎不夠扎實的學生來說,這會導致知識點綜合能力偏弱,聽課過程中理解困難。

      3.課程教學內容上與多門課程存在一定的重合度,影響學生聽課興趣

      課程內容安排上與其它多門課程存在重合的現象,如同步發電機勵磁自動控制系統的章節內容主要介紹各種勵磁系統實現方案,與“電機學”上相關章節內容重合度較大,而對可控硅勵磁調節器的工作原理介紹中,對可控硅整流電路的原理闡述較多,該部分內容在“電力電子學”課程中已詳細介紹過,而對潮流計算方面的內容又與“電力系統分析”課程內容相重合,這樣使學生認為該部分內容在以前的課程中已經講過了,不認真聽講,影響教學效果。

      二、電力系統綜合自動化實驗平臺功能

      2011年在南京航空航天大學投入運行的WDJS-8000電力系統綜合自動化實驗平臺包含三個發電系統實驗臺、一個變電系統實驗臺、一個輸電線路實驗臺、一個廠用電實驗臺、一個廠用快切實驗臺、一個綜合監控實驗臺,共八個實驗臺,整體系統結構如圖1所示。該實驗平臺適用于電氣工程專業“電力系統自動裝置原理”、“電力系統分析”、“電力系統故障分析”、“電力系統自動化”、“變電站綜合自動化技術”、“配電網自動化技術”、“電力系統調度自動化”、“電力系統遠動技術”、“電力工程”、“工廠供電”、“電力系統微機保護”等電力系統方向課程的實驗、生產實習及課題研究。能夠實現的主要功能有:同步發電機及其自動裝置系列實驗、微機保護系列實驗、電力系統分析系列實驗、電力監控自動化系統實驗等。其中,與“電力系統自動化”課程相關的實驗內容有:同步發電機準同期并列實驗、同步發電機微機勵磁實驗、低頻減負荷保護實驗等。

      1.同步發電機準同期并列實驗

      該實驗能夠讓學生熟悉同步發電機準同期并列過程,加深理解同步發電機準同期并列原理,同時掌握同期并列的條件以及微機準同期裝置和組合式整步表的使用方法。實驗裝置采用直流電動機調速控制器調節轉速,用微機勵磁自動裝置調節勵磁,采用微機自動準同期的全自動并網、半自動并網和手動準同期方式并網三種方式。

      2.同步發電機微機勵磁實驗

      該實驗有助于加深學生理解同步發電機勵磁調節原理和勵磁控制系統的基本任務,了解微機勵磁調節器的基本控制方式,了解電力系統穩定器的作用并觀察強勵作用及其對穩定的影響,同時掌握微機勵磁調節器的基本使用方法。

      3.低頻減負荷保護實驗

      該實驗有助于學生了解低頻減載保護的原理,熟悉低頻減載保護的邏輯組態方法,了解自動低頻減載裝置的工作過程和目的,加深對電力系統動態過程的認識和理解。

      三、課程教學改革方向

      1.課程理論與實踐一體化教學

      以往受條件所限,課程教學中不能提供直觀的實驗環節。但現在教師依托本校新建的電力系統綜合自動化實驗平臺,可以將“電力系統自動化”課程中理論部分內容與實踐環節有效地結合起來,在課程教學過程中可以穿插實驗驗證環節,力求在理論學習之后趁熱打鐵,讓學生進一步接觸到實物,從而加深對理論環節的理解,通過對知識點的實驗再認識,擺脫以往只見理論,沒有實物環節的缺陷。實驗中教師主要介紹課程相關內容和實驗要求,用該實驗平臺來驗證教學內容即可,切勿貪多求全而無重點,這樣可使學生學得輕松有趣,進一步加深他們對知識點地理解。理論環節和試驗驗證是相輔相成的,這樣能夠進一步調動學生對理論學習的興趣。該綜合實驗平臺還可承擔本科生創新實驗的功能,該實驗系統功能完善,保護完整,具有綜合利用率高、可靠性高的優點,有利于提高學生的創新思維和實踐能力。并借此可以開設專門的電力系統課程群綜合實驗課程,從而更有效的利用該實驗平臺為課程建設服務。

      2.課程內容突出重點

      教師應從課程重點內容出發,做好對以往知識點的聯系與回顧,從建立物理概念出發,引導學生獨立思考能力,引起學生對學過知識點的回憶,從而水到渠成的介紹以往知識點在電力系統中的應用。對于學生已經遺忘的內容,可以在課程中安排少量時間進行集中復習,同時鼓勵學生課后對相關課程內容進行復習,在課堂中進行提問,從而節約時間。另外,對于有些較難較偏的內容,不要求學生全面掌握,而從基本原理出發,重點掌握原理、概念和方法。

      3.教學內容整合

      由于課程時間所限,而課程實踐環節也要占用時間,所以教師要對教學內容中一些不重要的、過時陳舊、偏雜偏難的內容進行適當刪減。針對教學內容與多門課程存在一定的重合的狀況,可以開展電力系統課程組教學研討,對部分重合內容進行整合和調整,如電力系統靜態安全分析的直流潮流法計算部分可以調整到“電力系統分析”課程中去,而重點保留直流潮流法的概念和等效原理,從而讓這兩門課程緊密聯系而又各有重點。除開展教學研討之外,電力系統課程組的教學老師可以相互之間組織聽課活動,這樣對各門相關課程的教學內容有所了解,才能知道哪些內容可以簡化,哪些內容應該重點突出。

      四、小結

      現代研究型大學不僅要求培養的學生具有扎實基礎理論,同時還要具有綜合實踐能力和創新思想。許繼WDJS-8000電力系統綜合自動化實驗平臺自2011年在南京航空航天大學投入運行以來,在電力系統課程群建設中發揮出了重要作用,通過增加實踐環節以及對教學內容的有效整合,一方面有力地調動了學生理論知識學習的積極性,另外也培養了學生的實踐能力,增強對知識點的理解,在“電力系統自動化”課程教學中會產生了有益的效果和積極影響。

      作者:湯雨單位:南京航空航天大學自動化學院

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